紫甘薯红色素在碳酸饮料中的护色工艺

孙晓侠，许 晖，马 龙，王改玲，吴珊珊

(蚌埠学院生物与食品工程，安徽蚌埠 233030)

紫甘薯红色素在碳酸饮料中的护色工艺

孙晓侠，许 晖，马 龙，王改玲，吴珊珊

(蚌埠学院生物与食品工程，安徽蚌埠 233030)

确定碳酸饮料中紫甘薯红色素的一种护色工艺，为其在碳酸饮料中的应用提供理论依据。采用分光光度法对色素保存率进行了分析，研究了碳酸饮料中几种常用食品添加剂对色素稳定性的影响，通过正交实验对它们的配比和加入量进行了优化。紫甘薯红色素在碳酸饮料中的最佳护色工艺配方为:磷酸∶柠檬酸为0∶0.18(g∶g)、糖4g、异维生素C钠0.015g、单宁0.015g，采用此工艺配方参数，产品在常温(20℃)避光条件下贮藏25d时色素保存率为98.2%，预测出该贮藏条件下色素t0.9约为144d，半衰期t0.5约为949d。紫甘薯红色素在碳酸饮料中稳定性较好，应用价值较高。

紫甘薯，红色素，碳酸饮料，护色工艺，稳定性

饮料色泽的好坏直接影响着消费者对饮料的可接受性及对其品质的评价，加入色素可改善饮料的颜色。目前，我国碳酸饮料中添加的多为合成色素，合成色素色泽鲜艳，稳定性好，着色力强，成本低廉，但有些对人体有害。天然食用色素安全无毒，除可开发作为食品着色剂外大多还具有保健作用，因此具有巨大的市场潜力。紫甘薯属旋花科一年生草本植物，富含天然红色素。紫甘薯色素的主要成分是花青素及甲基花青素形成糖苷后的酰基化衍生物［1－2］;与蝶豆、葡萄、紫玉米、红卷心菜等来源的花色苷相比，紫甘薯花色苷对光、热、pH、氧化等稳定性最好［3］，柠檬酸、蔗糖、食盐对紫甘薯色素具有增色作用［4］，单宁能增强紫甘薯花色苷对光、热的稳定性，对其具有辅色作用［5］;据报道紫甘薯花色苷具有抗氧化、抗肿瘤、抗突变、保护肝脏、缓解高血压、高血糖、高血脂、增强记忆、抗菌等生理功能［6－7］。紫甘薯色素代替合成色素应用到碳酸饮料中不仅能弥补其不足，而且具有更高的饮用价值，但是紫甘薯红色素仍存在着应用不稳定性，如热、光、氧气、酶、食品添加剂等引起的降解褪色［7］，因此提高花色苷的稳定性成为研究热点。本文在他人工作的基础上针对碳酸饮料中紫甘薯红色素降解褪色的问题进行了护色研究，旨在找出一种具有较高性价比的护色工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫甘薯 市售;磷酸、柠檬酸、蔗糖、苯甲酸钠、异维生素C钠、单宁 以上均为市售。

LSY型数显电热恒温水浴锅 北京医疗设备厂;722S型可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;T－214电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 紫甘薯红色素的制备流程［8］紫甘薯→清洗→切片→0.5%盐酸溶液浸提→过滤→AB－8大孔树脂纯化→真空浓缩→喷雾干燥→样品→色价测定→备用

1.2.2 紫甘薯红色素中花色苷含量的测定(色价法)［9］取一定量的花色苷样品以 pH 3.0磷酸氢二钠－柠檬酸缓冲液溶解，稀释定容至一定体积，测定溶液的最大吸收峰波长，然后在此波长下测定定量样品的吸光度，重复测定三次，取三次的平均值，按下式可求得色价，其计算公式为:= A/W，其中:A表示色素溶液在一定波长下，用1 cm比色皿，在0.2～0.7范围内的吸光度;W表示色素重量，g。

1.2.3 碳酸饮料的制备工艺流程［10］

1.2.4 食品添加剂对紫甘薯红色素稳定性影响单因素实验 以下单因素实验中所加磷酸、柠檬酸、糖、苯甲酸钠均为配制碳酸饮料时的实际浓度，异维生素C钠浓度参考我国食品添加剂使用卫生标准(GB2760－1996)［11］，单宁浓度参考文献［5］。

1.2.4.1 磷酸、柠檬酸对色素稳定性的影响 将0.18g柠檬酸和0.08g磷酸分别加入到紫甘薯红色素含量为 0.8g/kg的色素溶液中，溶解并定容至100m L，以0.8g/kg的色素溶液为空白对照，测随时间变化时其在530nm下的吸光度值，重复测定三次，取三次的平均值，并计算色素保存率。

1.2.4.2 糖、苯甲酸钠、异维生素C钠和单宁对色素稳定性的影响 用柠檬酸－磷酸氢二钠缓冲溶液配制pH=3.0，色素含量为0.8g/kg的紫甘薯色素溶液进行实验(以下简称紫甘薯色素液)。分别将5g白砂糖、0.02g苯甲酸钠、0.015g异维生素C钠、0.015g单宁加入到紫甘薯色素液中，溶解并定容至100m L，以pH3.0的紫甘薯色素液为空白对照，测随时间变化时其在530nm下的吸光度值，重复测定三次，取三次的平均值，并计算色素保存率。

1.2.5 护色工艺优化 在单因素实验的基础上进行了L9(34)正交实验(见表1)，对紫甘薯红色素在碳酸饮料中的护色工艺进行优化，选用磷酸∶柠檬酸、糖、异维生素C钠、单宁的添加量作为考察因素，将饮料样品常温(20℃)避光条件下贮藏，并定期测定色素的保存率，以25d时的保存率为考核指标。

表1 因素水平表Table 1 Table of factors and levels

2 结果与分析

2.1 色价测定结果

经测定紫甘薯红色素的色价为66.3。

2.2 单因素实验结果与分析

2.2.1 磷酸、柠檬酸对色素稳定性的影响 磷酸、柠檬酸对色素稳定性影响的实验结果见图1。

图1 磷酸和柠檬酸对色素稳定性的影响Fig.1 Stability effect of phosphoric acid and citric acid on pigment

由图1(a)可知，加入磷酸或柠檬酸后色素吸光度值增大，说明磷酸、柠檬酸对色素均有一定的增色作用。由图1(b)可知，磷酸、柠檬酸对色素均起到很好的保护作用，说明磷酸、柠檬酸均能起到稳定花色苷构型的作用，9d时色素的保存率仍可达到90%。

2.2.2 糖、苯甲酸钠、异维生素C钠和单宁对色素稳定性影响 糖、异维生素C钠、苯甲酸钠和单宁对色素稳定性影响的实验结果见图2。

由图2(a)可知，糖和单宁在实验浓度下对色素均有一定的增色作用，可以作为色素的辅色剂，异维生素C钠和苯甲酸钠在实验浓度下对色素的吸光度值影响不大。由图2(b)可知，糖、异维生素C钠和单宁对紫甘薯红色素均起到一定的保护作用。紫甘薯红色素溶液中加人单宁后产生了分子间辅色效应，稳定性得到提高，这与朱洪梅［5］、Bakowska［12］的研究结果一致，单宁能提高紫甘薯花色苷稳定性的原因可能是单宁和花色苷之间聚合作用而引起的。异维生素C钠对色素有很好的保护作用，可能是由于其抗氧化作用而引起的。苯甲酸钠在实验浓度范围内对色素有一定的破坏作用，但3d后色素保存率下降不明显，最终起到稳定花色苷的作用。

图2 糖、异维生素C钠、苯甲酸钠和单宁对色素稳定性的影响Fig.2 Stability effect of sugar on pigment，D－isoascorbate sodium，benzoate sodium and tannin on pigment

2.3 正交实验结果与分析

正交实验结果与分析见表2和表3。由表2可知，实验所考察的4个因素对色素保存率的影响程度依次为D＞A＞C＞B，即单宁＞磷酸∶柠檬酸＞异维生素C钠＞糖。由表3可知，单宁的添加量对色素保存率影响显著，糖的添加量影响相对较小，最终确定色素的最佳护色工艺参数是A3B1C3D3，即磷酸∶柠檬酸为0∶0.18(g∶g)、糖4g、异维生素C钠0.015g、单宁0.015g，按照此工艺参数进行验证实验，于常温避光贮藏25d时色素保存率为98.2%，这与正交实验中的各组相比，其保存率最高，即护色效果最佳。

表2 L9(34)正交实验结果Table 2 Result of L9(34)orthogonal experiment

3 结论

单因素实验结果表明，磷酸、柠檬酸、糖、异维生素C钠、单宁对紫甘薯红色素具有一定的保护作用，其中磷酸、柠檬酸、糖和单宁均具有很好的辅色效果，苯甲酸钠对色素稳定性影响不大;正交实验优化的碳酸饮料中紫甘薯红色素的护色工艺配方为:磷酸∶柠檬酸为0∶0.18(g∶g)、糖4g、异维生素 C钠0.015g、单宁0.015g，采取此工艺参数能最大限度的保持产品稳定性，常温(20℃)避光条件下贮藏25d时色素保存率为98.2%。由于紫甘薯花色苷热降解反应服从一级反应动力学模型［13］，则由t98.2可预测出色素在常温避光条件下贮藏的t0.9为144d，半衰期t0.5为949d，实际色素保存率和产品有效期应通过留样观察的结果及进一步的贮藏实验等才能确定。综上所述紫甘薯红色素在碳酸饮料中稳定性较好，具有较高的应用价值。

表3 正交实验方差分析Table 3 Variance annalysis of the orthogonal experiment

［1］TERAHARA Norihiko， SHIMIZU Takashige， KATO Yoshiaki，et al.Six diacylated anthocyanins from the storage roots of purple sweet potato，Ipomoea batatas［J］.Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，1999，63(8):1420－1424.

［2］OKI Tomoyuki，MIYOSHI Ayako，GOTO Kazuhisa，et al. Determination ofmajor anthocyanins in processed foodsmade from purple－fleshed sweet potato［J］.Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi，2010，57(3):128－133.

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［4］吕晓玲，范辉，马淑青，等.1次和2次精制紫甘薯色素理化特性的比较［J］.食品与发酵工业，2009，35(2):10.

［5］朱洪梅，韩永斌，顾振新，等.单宁对紫甘薯花色苷的辅色作用研究［J］.南京农业大学学报，2006，29(3):98－102.

［6］彭强，高彦祥，袁芳.紫甘薯及其花色苷的研究与开发进展［J］.食品科学，2010(23):401－405.

［7］程琤，刘超，贺炜，等.紫甘薯花青素的稳定性及抗氧化性研究［J］.营养学报，2011，33(3):291－296.

［8］吕晓玲，孙晓侠，姚秀玲.采用荧光化学发光法分析紫甘薯花色苷产品的抗氧化作用［J］.食品与发酵工业，2005，31 (9):53

［9］陆国权，史峰，翁建敏，等.紫心甘薯花色苷的提取和纯化及组分分析［J］.天然产物研究与开发，1997，9(3):48－51.

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［11］食品添加剂使用卫生标准GB2760—1996［S］.

［12］Bakowska A.The effects of heating，UV irradiation，and storage on stability of the anthocyanin－polyphenol copigment complex［J］.JFood Chem，2003，81(6):349－355.

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Color protection technique for red pigment from purple sweet potato in carbonated beverage

SUN Xiao－xia，XU Hui，MA Long，WANG Gai－ling，WU Shan－shan
(Department of Biology and Food Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China)

A kind of color p rotection technique for red p igment from purp le sweet potato(pspp)was determ ined to p rovide a theoretical basis for the app lication in the carbonated beverage.The retention ratio of the p igment was analyzed using the spec trophom etric m ethod.The effect of several food add itives of carbonated beverage on stability of pigmentwas researched，and orthogonal test design was adop ted to determ ine the best quality m ixture ratio and add contents.The op timum color p rotection technique parameters were as follows:phosphoric acid:citric acid 0∶0.18(g∶g)，sugar 4g，D－isoascorbate sod ium 0.015g，tannin 0.015g.Using this technique param eters，retention ratio of pspp was 98.2%storaged under the environmental cond ition of normal atm ospheric tem perature (20℃)and obstac le light for 25d，and under this environm ental cond ition t0.9and t0.5were respec tively speculated to be 144d and 949d.The stability of pspp was better in carbonated beverage，so had higher app lication value.

purp le sweet potato;red p igm ent;carbonated beverage;color p rotec tion technique;stability

TS275.3

B

1002－0306(2012)12－0266－03

2012－01－17

孙晓侠(1979－)，女，硕士研究生，助教，研究方向:天然产物活性成分。

安徽省高校省级自然科学研究项目(KJ2011B089);食品科学与工程省级教学团队(20101094)。